113分科測驗數學甲非選第14題詳解

📅 113 年 📝 分科測驗數學甲 第 14 題 題型:非選 課綱:108課綱

答案與本題考點

答案:$x+y-z=11$ 或 $x+y-z=-13$

本題考點:四面體、空間向量與空間中的直線與平面

題目

題組
坐標空間中,考慮三個平面 $E_1:x+y+z=7$、$E_2:x-y+z=3$、$E_3:x-y-z=-5$。令 $E_1$ 與 $E_2$ 相交的直線為 $L_3$;$E_2$ 與 $E_3$ 相交的直線為 $L_1$;$E_3$ 與 $E_1$ 相交的直線為 $L_2$。根據上述,試回答下列問題。
若坐標空間中第四個平面 $E_4$ 與 $E_1$、$E_2$、$E_3$ 圍出一個邊長為 $6\sqrt2$ 的正四面體,試求出 $E_4$ 的方程式(寫成 $x+ay+bz=c$ 的形式)。(非選擇題,$4$ 分)
四面體空間向量與空間中的直線與平面

答案

答案

$x+y-z=11$ 或 $x+y-z=-13$

詳解

詳解
由第 $12$ 題,共同交點為 $P(1,2,4)$。 由第 $13$ 題,三直線的方向向量取為 $$\overset{\large\rightharpoonup}{d}_1=(1,1,0),\; \overset{\large\rightharpoonup}{d}_2=(0,1,-1),\; \overset{\large\rightharpoonup}{d}_3=(1,0,-1),$$ 其長度均為 $\sqrt{2}$,且任兩夾角為 $60^\circ$。 因為正四面體的邊長為 $6\sqrt{2}$, 在三直線上從 $P$ 點出發沿各方向向量前進, 因方向向量長為 $\sqrt{2}$,所以位移參數為 $\frac{6\sqrt{2}}{\sqrt{2}}=6$, 得三頂點: \begin{align*} Q_1 &= P+6\,\overset{\large\rightharpoonup}{d}_1=(1,2,4)+(6,6,0)=(7,8,4),\\[4pt] Q_2 &= P+6\,\overset{\large\rightharpoonup}{d}_2=(1,2,4)+(0,6,-6)=(1,8,-2),\\[4pt] Q_3 &= P+6\,\overset{\large\rightharpoonup}{d}_3=(1,2,4)+(6,0,-6)=(7,2,-2). \end{align*} 因為三點兩兩距離均為 $6\sqrt{2}$,所以構成正四面體的一個面。 過此三點的平面即為 $E_4$: $$\begin{vmatrix} x-7 & y-8 & z-4\\ -6 & 0 & -6\\ 0 & -6 & -6 \end{vmatrix}=0,$$ 展開行列式得 $36(x-7)+36(y-8)-36(z-4)=0$, 化簡得 $x+y-z=11$。 若沿反方向前進,同理得對稱平面 $x+y-z=-13$。 因此 $E_4$ 的方程式為 $x+y-z=11$ 或 $x+y-z=-13$。

題目來源:民國113年分科測驗數學甲 第14題(來源PDF第6頁)

資料版本:2026-07-17(commit 49a3906e)

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引用本站:大考雷達站,〈113分科測驗數學甲非選第14題詳解〉,資料版本 2026-07-17,https://twmath.com/questions/113_0XA_q14.html

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